سرفہرست میٹل میگزین "ایکٹا میٹیریلیا": شکل کی یادداشت کے مرکب کا تھکاوٹ کریک گروتھ سلوک

شکل میموری کے مرکب (SMAs) میں تھرمو مکینیکل محرکات کے لئے ایک خصوصیت کی خرابی کا ردعمل ہوتا ہے۔ تھرمو مکینیکل محرکات اعلی درجہ حرارت، نقل مکانی، ٹھوس سے ٹھوس تبدیلی وغیرہ سے پیدا ہوتے ہیں (اعلی درجہ حرارت کے ہائی آرڈر کے مرحلے کو آسٹنائٹ کہتے ہیں، اور کم درجہ حرارت کے کم آرڈر کے مرحلے کو مارٹینائٹ کہا جاتا ہے)۔ بار بار چکراتی مرحلے کی منتقلی نقل مکانی میں بتدریج اضافے کا باعث بنتی ہے، لہذا غیر تبدیل شدہ علاقے SMA کی فعالیت کو کم کر دیں گے (جسے فنکشنل تھکاوٹ کہا جاتا ہے) اور مائیکرو کریکس پیدا ہوں گے، جو کہ آخر کار جسمانی ناکامی کا باعث بنیں گے جب تعداد کافی زیادہ ہو گی۔ ظاہر ہے، ان مرکب دھاتوں کے تھکاوٹ والی زندگی کے رویے کو سمجھنا، مہنگے اجزاء کے سکریپ کا مسئلہ حل کرنا، اور مادی ترقی اور مصنوعات کے ڈیزائن کے چکر کو کم کرنا، یہ سب بہت بڑا معاشی دباؤ پیدا کرے گا۔

تھرمو مکینیکل تھکاوٹ کو بڑی حد تک تلاش نہیں کیا گیا ہے، خاص طور پر تھرمو مکینیکل سائیکل کے تحت تھکاوٹ کے شگاف کے پھیلاؤ پر تحقیق کی کمی۔ بائیو میڈیسن میں ایس ایم اے کے ابتدائی نفاذ میں، تھکاوٹ کی تحقیق کا مرکز چکری مکینیکل بوجھ کے تحت "عیب سے پاک" نمونوں کی کل زندگی تھی۔ چھوٹے SMA جیومیٹری والی ایپلی کیشنز میں، تھکاوٹ کے شگاف کی نشوونما کا زندگی پر بہت کم اثر پڑتا ہے، اس لیے تحقیق اس کی نشوونما کو کنٹرول کرنے کے بجائے شگاف کے آغاز کو روکنے پر توجہ مرکوز کرتی ہے۔ ڈرائیونگ، کمپن میں کمی اور توانائی جذب کرنے والی ایپلی کیشنز میں، یہ ضروری ہے کہ بجلی جلدی سے حاصل کی جائے۔ SMA اجزاء عام طور پر اتنے بڑے ہوتے ہیں کہ ناکامی سے پہلے اہم کریک پھیلاؤ کو برقرار رکھا جا سکے۔ لہذا، ضروری وشوسنییتا اور حفاظتی تقاضوں کو پورا کرنے کے لیے، نقصان برداشت کرنے کے طریقہ کار کے ذریعے تھکاوٹ کے شگاف کی ترقی کے رویے کو مکمل طور پر سمجھنا اور اس کی مقدار درست کرنا ضروری ہے۔ SMA میں فریکچر میکینکس کے تصور پر انحصار کرنے والے نقصان کو برداشت کرنے کے طریقوں کا اطلاق آسان نہیں ہے۔ روایتی ساختی دھاتوں کے مقابلے میں، الٹنے والے مرحلے کی منتقلی اور تھرمو مکینیکل کپلنگ کا وجود SMA کی تھکاوٹ اور اوورلوڈ فریکچر کو مؤثر طریقے سے بیان کرنے کے لیے نئے چیلنجز پیش کرتا ہے۔

ریاستہائے متحدہ میں ٹیکساس A&M یونیورسٹی کے محققین نے پہلی بار Ni50.3Ti29.7Hf20 سپرالائے میں خالص مکینیکل اور کارفرما تھکاوٹ کے شگاف کے بڑھنے کے تجربات کیے، اور انٹیگرل پر مبنی پیرس قسم کے پاور لا ایکسپریشن کی تجویز پیش کی جسے Fit the fatigue کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک پیرامیٹر کے تحت شگاف کی ترقی کی شرح اس سے یہ اندازہ لگایا جاتا ہے کہ شگاف کی ترقی کی شرح کے ساتھ تجرباتی تعلق کو لوڈنگ کے مختلف حالات اور جیومیٹرک کنفیگریشنز کے درمیان فٹ کیا جا سکتا ہے، جسے SMAs میں ڈیفارمیشن شگاف کی نمو کے ممکنہ یونیفائیڈ ڈسکرپٹر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ متعلقہ مقالہ Acta Materialia میں عنوان کے ساتھ شائع کیا گیا تھا "مکینیکل اور ایکٹیویشن فیٹیگ کریک گروتھ ان شیپ میموری الائیز" کے عنوان سے۔

کاغذ کا لنک:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155

تحقیق سے پتا چلا ہے کہ جب Ni50.3Ti29.7Hf20 الائے کو 180℃ پر غیر محوری تناؤ کی جانچ کا نشانہ بنایا جاتا ہے، تو لوڈنگ کے عمل کے دوران کم تناؤ کی سطح کے تحت آسٹنائٹ بنیادی طور پر لچکدار طور پر بگڑ جاتا ہے، اور ینگز ماڈیولس تقریباً 90GPa ہے۔ جب تناؤ تقریباً 300MPa تک پہنچ جاتا ہے مثبت مرحلے کی تبدیلی کے آغاز میں، آسٹنائٹ تناؤ سے متاثر مارٹینائٹ میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ اتارتے وقت، تناؤ سے متاثرہ مارٹینائٹ بنیادی طور پر لچکدار اخترتی سے گزرتا ہے، جس کا ینگ ماڈیولس تقریباً 60 GPa ہوتا ہے، اور پھر واپس آسٹنائٹ میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ انضمام کے ذریعے، ساختی مواد کی تھکاوٹ کے شگاف کی ترقی کی شرح کو پیرس قسم کے پاور لا اظہار کے مطابق کیا گیا ہے۔
تصویر 1 Ni50.3Ti29.7Hf20 ہائی ٹمپریچر شیپ میموری الائے اور آکسائیڈ ذرات کی سائز کی تقسیم
تصویر 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 ہائی ٹمپریچر شیپ میموری الائے کی TEM امیج 550℃×3h پر ہیٹ ٹریٹمنٹ کے بعد
تصویر 3 میکینیکل تھکاوٹ کے J اور da/dN کے درمیان تعلق NiTiHf DCT نمونے کے 180℃ پر

اس مضمون کے تجربات میں، یہ ثابت ہوا ہے کہ یہ فارمولہ تمام تجربات کے تھکاوٹ کے دراڑ کی شرح نمو کے اعداد و شمار کو فٹ کر سکتا ہے اور پیرامیٹرز کے ایک ہی سیٹ کو استعمال کر سکتا ہے۔ پاور لا ایکسپونٹ m تقریباً 2.2 ہے۔ تھکاوٹ کے فریکچر کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ مکینیکل کریک پروپیگیشن اور ڈرائیونگ کریک پروپیگیشن دونوں ہی نیم کلیویج فریکچر ہیں، اور سطح پر ہافنیم آکسائیڈ کی بار بار موجودگی نے شگاف کے پھیلاؤ کی مزاحمت کو بڑھا دیا ہے۔ حاصل کردہ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ایک واحد تجرباتی طاقت کے قانون کا اظہار لوڈنگ کے حالات اور جیومیٹرک کنفیگریشنز کی وسیع رینج میں مطلوبہ مماثلت حاصل کر سکتا ہے، اس طرح شکل میموری مرکبات کی تھرمو مکینیکل تھکاوٹ کی متحد تفصیل فراہم کرتا ہے، اس طرح قوت محرکہ کا اندازہ لگاتا ہے۔
تصویر 4 180℃ مکینیکل تھکاوٹ شگاف بڑھنے کے تجربے کے بعد NiTiHf DCT نمونے کے فریکچر کی SEM تصویر
Figure 5 Fracture SEM NiTiHf DCT نمونہ کی تصویر 250 N کے مستقل تعصب کے بوجھ کے تحت تھکاوٹ کے کریک بڑھنے کے تجربے کو چلانے کے بعد

خلاصہ یہ کہ یہ مقالہ پہلی بار نکل سے بھرپور NiTiHf ہائی ٹمپریچر شیپ میموری اللوائیز پر خالص مکینیکل اور ڈرائیونگ تھکاوٹ کے کریک نمو کے تجربات کرتا ہے۔ سائکلک انضمام کی بنیاد پر، پیرس قسم کے پاور لا کریک گروتھ ایکسپریشن کو ایک پیرامیٹر کے تحت ہر تجربے کی تھکاوٹ کے شگاف کی ترقی کی شرح کو فٹ کرنے کے لیے تجویز کیا گیا ہے۔